仅用一片波片实现量子比特互无偏基：理论与实验

我们研究了仅用一片波片（即最少数量波片）为偏振量子比特实现互无偏基（MUB）的问题。我们表明，只要波片的相位延迟（模 $360^\circ$）在 $45^\circ$ 到 $315^\circ$ 之间，一片波片足以实现两个 MUB。如果波片的相位延迟在 $[111.5^\circ, 141.7^\circ]$ 范围内或其关于 $180^\circ$ 的对称范围内，则可以实现三个 MUB（即量子比特的完备 MUB 集）。计算表明，使用相位延迟为 $120^\circ$ 的三分之一波片（TWP）所实现的 MUB 的系统误差，是使用四分之一波片（QWP）和半波片（HWP）组合时的一半。作为实验应用，TWP 被用于单量子比特和双量子比特量子态层析实验，结果显示系统误差降低了 $50\%$。该技术不仅节省了一片波片，还降低了系统误差，可应用于量子态层析及其他涉及 MUB 的应用中。所提出的 TWP 可能成为光学实验中有用的仪器，替代 QWP 和 HWP 等多个元件。